激光切割技术的原理及应用Word文档格式.docx

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结论1.3

材料12A文修曜

摘要

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。

由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。

激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

Abstract

Thelaserprocessingtechnologyisakindofadvancedmanufacturingtechnology,andlasercuttingispartofthelaserprocessingapplications,lasercuttingisthecurrentadvancedcuttingtechnologyintheworld.Becauseithasflexiblecutting,stoneprocessing,precisionmanufacturing,aforming,fastspeed,higherefficiency,soinindustrialproductionsolvedmanyconventionalmethodscannotsolvetheproblem.Canlasercuttingmostofthemetalmaterialsandnonmetalmaterials.关键词：

激光切割的原理；

激光切割的分类及特点；

激光切割技术的应用

1.激光切割技术简介

1.1激光切割技术概述

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。

它占整个激光加工业的70%以上。

激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。

同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。

激光切割板材时，不需要模具，可以替代一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。

因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定状的切缝。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。

激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm,使焦点处达到很高的功率密度可超过106W/cm2）。

这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分,材料很快加热至汽化湿度,蒸发形成孔洞。

随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。

切边热影响很小,基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。

钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料,同时帮助吹走割缝内的熔渣。

切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气,棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。

进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜,防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机都可以用激光切割。

在工业制造占有分量很重的金属加工业,许多金属材料,不管它具有什么样的硬度,都可进形无变形切割。

当然,对高反射率材料,如金、银、铜和铝合金,它们也是好的传热导体,因此激光切割很困难,甚至不能切割。

激光切割无毛刺,皱折、精度高,优于等离子切割。

对许多机电制造行业来说,由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件,它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；

尽管它加工速度慢于模冲,但它没有模具消耗,无需修理模具,还节约更换模具时间,从而节省加工费用,降低产品成本,所以从总体上讲在经济上更为合算。

另一方面,从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看,激光切割也

可发挥其精确、重现性好的优势。

作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显着地降低模具制造费用。

激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层，提高模具

运行中的耐磨性。

激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由

此提高了使用寿命。

1.2激光切割技术的原理

在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度「C）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。

脉冲激光适用于金属材料，连续激光适

用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。

激

光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500〜2500瓦。

该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。

能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。

此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。

利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。

从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及

数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。

在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：

对于中厚板采用氧乙炔火

焰切割；

对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。

七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。

为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。

各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。

1.3激光切割技术的发展历史

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术，由于具有诸多特点，已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。

近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20%〜30%的

速度增长。

我国自1985年以来，更以每年25%以上的速度增长。

由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。

激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。

激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割技术不断创新，激光切

割技术的发展方向如下：

（1）伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统，使用高

功率的激光切割可获得高的加工速度，同时减小热影响区和热畸变；

所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q开关或加载脉冲波，

从而使低功率激光器产生出高功率激光。

（2）根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：

增加辅助气体对切割熔渣的吹力；

加入造渣剂提高熔体的流动性；

增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；

以及改用吸收率更高的激光切割。

（3）激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。

将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

（4）根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专

家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。

以数据库为系统核心，面向

通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立

相适应的数据库结构。

（5）向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

（6）随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

（7）三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。

激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

2.激光切割的特点

2.1激光切割的总体特点

激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。

镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.并且因为激光加工对工件没有机械压力,所以切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还具有操作安全,维修简单等特点.可连续24小时工作。

用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；

可切割任意复杂形状；

效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任各种大小的花边。

开发速度快：

由于激光和计算机技术的结合，用户只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同

轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。

1•精度高：

定位精度0.05mm,重复定位精度0.02mm2．切缝窄：

激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度,蒸发形成孔洞。

随着光束与材料相对线性移动,使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。

切口宽度一般为0.10〜0.20mm。

3•切割面光滑：

切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内4•速度快：

切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

5•切割质量好：

无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6•不损伤工件：

激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。

7•不受被切材料的硬度影响：

激光可以对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬